Введение
Исследование роли и значения наноразмерных частиц при модифицировании структуры цементных бетонов является важным этапом в создании строительных композитов нового поколения, а также в целом в развитии научных основ их материаловедения и высоких технологий.
В данной монографии представлен теоретический анализ и рассмотрены экспериментальные исследования, относящиеся к следующим актуальным на сегодняшний день вопросам: обоснования природы и выбора состава наноразмерных модификаторов; разработки метода синтеза наноразмерных частиц (НРЧ) для применения их при модифицировании структуры цементного камня и бетонов; решения проблем технологии введения и распределения наноразмерных частиц в объеме цементной смеси; получения данных о взаимосвязи свойств и параметров структуры твердения цементного камня, модифицированного НРЧ. В монографии последовательно раскрываются ответы на эти вопросы, при этом рассматривается нанопарадигма в современной технологической платформе, эволюционная модель образования твердого вещества и условия управления структурообразованием новой фазы, синтез индивидуальных и комплексных наномодификаторов на основе наноразмерного SiO2, а также эффективность применения добавок наномодификаторов на примере цементных систем. С практической точки зрения акцентируется внимание на кинетических характеристиках процессов структурообразования цементных систем твердения в присутствии нанодобавок и условия повышения энергоэффективности этих процессов.
Монография предназначена для научных сотрудников, специалистов и преподавателей вузов, работающих в области строительного материаловедения, а также может быть полезна магистрантам и аспирантам, специальности 05.23.05 «Строительные материалы и изделия».
Автор выражает признательность коллегам кандидату химических наук, доценту Октябрине Романовне Сергуткиной; докторам технических наук Галине Станиславовне Славчевой и Дмитрию Николаевичу Коротких за совместную работу; искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору, академику РААСН, директору Образовательного творческого академического центра «Архстройнаука» Евгению Михайловичу Чернышову за научные консультации и помощь в подготовке данной монографии.
Глава 1. Современная технологическая платформа производства строительных композитов. Нанопарадигма в современной технологической платформе
В последнее двадцатилетие мы являемся участниками формирования новой парадигмы в материаловедении, определяемой развитием наноконцепции в науке, технологии и технике. Современное строительное материаловедение, находясь в рамках действия предшествующих парадигм фундаментальности его теоретического и прикладного научного знания, также начинает все более активно опираться на наноконцепцию и наноподходы при решении задач синтеза и конструирования структур, при обосновании принципов и разработке приемов технологий композитных материалов [1]. При этом возникают проблемы приложения современной физики и реализации достижений химии (нанохимии), оперирующих с атомным, молекулярным и нанометровыми уровнями структурных преобразований вещества, в исследованиях и разработках по технологии твердофазных строительных материалов класса неметаллических неорганических систем с аморфной, поликристаллической и (или) аморфно-поликристаллической структурой омоноличивающей субстанции, с конгломератным типом строения, композитных по своему составу.
В этом контексте целесообразно остановиться на вопросе эволюции фундаментальности материаловедческого и технологического научного знания (рис. 1, табл. 1). Фундаментальность, основательность научного знания в области строительного материаловедения и технологии развивалась от парадигм, отражающих механизмы и закономерности формирования структур на макромасштабном уровне, в направлении парадигм, обеспечивающих переход к мезо-, микро-, ультрамикро- и, наконец, наномасштабным уровням. В целом же решение инженерных задач синтеза систем твердения и конструирования структур конгломератных строительных материалов нового поколения базируется на комплексном применении всех указанных парадигм, из которых наиболее приоритетной в ее разработке и развитии становится «парадигма 10-9» [2].
8
Рис. 1. Эволюция технологических платформ производства